【 MATLAB 】DFS 与 z 变换之间的关系

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这篇博文是从我的其他博文中提出出来的,目的是怕这个明显而关键的知识点被淹没。

DFS的博文见:【 MATLAB 】离散傅里叶级数(DFS)及 IDFS 的 MATLAB 实现


给出DFS的系数公式(分析公式):

\tilde X(k) = DFS[\tilde x(n)] = \sum_{n = 0}^{N-1}\tilde x(n)W_N ^{nk}                                                                                                        (1)

其中:

W_N = e^{-j \frac{2\pi}{N}}

综合公式:

\tilde x(n) = IDFS[\tilde X(n)] = \frac{1}{N}\sum_{k = 0}^{N-1}\tilde X(k)W_N^{-nk}                                                                                              (2)


下面讨论DFS和 z 变换之间的关系:

设 x(n) 为一有限长序列,长度为N,即,

x(n) = \left\{\begin{matrix} nonzero, &0 \leq n \leq N-1 \\ 0 ,& else \end{matrix}\right.                                                                                                          (3)

那么,能求它的 z 变换为:

X(z) = \sum_{n = 0}^{N-1}x(n)z^{-n}                                                                                                                                     (4)

现在,以周期N,周期重复x(n)构造一个周期序列 \tilde x(n),即

x(n) = \left\{\begin{matrix} \tilde x(n), &0 \leq n \leq N-1 \\0, & else \end{matrix}\right.                                                                                                                  (5)

\tilde x(n) 的DFS给出为:

\tilde X (k) = \sum_{n = 0}^{N-1} \tilde x(n)e^{-j \frac{2 \pi}{N}nk} =\sum_{n = 0}^{N-1} x(n)[e^{j \frac{2 \pi}{N}k]^{-n}}                                                                                           (6)

将(6)式与 z 正变换公式(4)比较后,得到:

\tilde X(k) = X(z) |_{z=e^{j\frac{2\pi}{N}k}}                                                                                                                                    (7)

这就是说,DFS \tilde X(k)代表了z变换 X(z)在单位圆上N个等间隔样本。


DFS和DFT之间的关系见博文:【 MATLAB 】离散傅里叶变换(DFT)以及逆变换(IDFT)的MATLAB实现

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